Évaluation de l’effet du neurofeedback sur les capacités d’inhibition d’enfants ayant un Trouble déficitaire de l’attention avec hyperactivité

Le neurofeedback (NF) suscite actuellement un vif intérêt dans la prise en charge du trouble déficitaire de l’attention avec hyperactivité (TDAH) chez l’enfant. Proposée comme méthode alternative à la médication par de nombreux cliniciens, notamment aux États-Unis, le NF est une intervention non-invasive de type électrophysiologique qui repose sur l’apprentissage par conditionnement opérant de l’autorégulation d’ondes cérébrales déviantes. Les études empiriques qui étayent cette pratique font toutefois l’objet de virulentes critiques de la part de spécialistes dans le domaine du TDAH en raison de résultats systématiquement positifs mais non spécifiques, auxquels s’ajoutent de nombreuses lacunes méthodologiques. Les travaux de cette thèse visent à appliquer une méthodologie stricte de type essai clinique contrôlé avec assignation aléatoire afin d’isoler les effets particuliers du NF, en appliquant un protocole d’entraînement propre au déficit primaire sous-tendant le TDAH, soit l’inhibition motrice, dans le but d’évaluer la spécificité de cette intervention. Dans un premier temps, les connaissances relatives à la nosologie du TDAH, à ses principaux traitements, au NF et aux capacités d’inhibition chez l’enfant ayant un TDAH sont présentées (Chapitre 1). Ensuite, les études réalisées dans le cadre de cette thèse sont exposées. Dans l’étude initiale, la spécificité du NF est évaluée sur les capacités d’inhibition grâce à des mesures subjectives, soit des questionnaires de comportements complétés par les parents, ainsi que des mesures objectives, à savoir des tâches neuropsychologiques (Chapitre 2). Afin de préciser davantage les conséquences d’un entraînement à l’autorégulation d’ondes cérébrales, l’étude subséquente s’est intéressée à l’impact neurophysiologiques de l’amélioration des capacités d’inhibition, par le biais d’une étude en potentiels évoqués employant une tâche de performance continue de type Stop-signal (Chapitre 3). Les principaux résultats reflètent un recrutement sous optimal, avec une puissance statistique insuffisante pour réaliser des statistiques quantitatives de groupe. Néanmoins, l’appréciation des données selon une approche d’étude de cas multiples permet de mettre en évidence la présence d’une réponse placebo sur les capacités d’inhibition suite à un entraînement en NF. Finalement, les implications de la taille de l’échantillon, ainsi que les limites et les critiques de ces études sont discutées au Chapitre 4.

O6-Methylguanine-DNA-Methyltransferase methylation: prevalence and predictive value in head and neck squamous cell carcinoma

Introduction: Le gène O6-méthylguanine-ADN méthyltransferase (MGMT) code pour une enzyme spécifique réparatrice de l’ADN qui protège les cellules de la toxicité des agents alkylants. Ainsi, l’activité du MGMT est un mécanisme majeur de résistance aux agents alkylants. Il a été démontré qu’une diminution de l’expression du gène MGMT par une hyperméthylation du promoteur résulte en une amélioration de la survie chez les patients avec certains types de tumeurs qui sont traitées avec des agents chimiothérapeuthique alkylants. Objectifs: Déterminer la prévalence de la méthylation du gène MGMT chez des patients avec des cancers épidermoïdes localement avancés de la sphère ORL traités avec chimioradiothérapie et évaluer l’impact de cette méthylation sur la survie. Méthodes: Sur 428 patients consécutifs, traités avec chimioradiothérapie à notre institution et suivis pour un période médiane de 37 mois, 199 spécimens chirurgicaux paraffinés ont été récupérés. L’ADN était extrait et modifié par le traitement au bisulfite. Une réaction en chaîne de la polymérase, spécifique à la méthylation était entreprise pour évaluer l’état de méthylation du promoteur du gène du MGMT. Les résultats de laboratoire étaient corrélés avec la réponse clinique. L’analyse statistique était exécutée à l’aide du test de Fisher pour les données catégoriques et à l’aide des courbes de Kaplan-Meier pour les échecs au traitement. Résultats : Des 199 extraits d’ADN initiaux, 173 (87%) étaient modifiés au bisulfite avec succès. Des ces spécimens modifiés, 71 (41%) ont démontré une hyperméthylation du MGMT. Pour les cas de méthylation et nonméthylation du MGMT, les caractéristiques des patients n’étaient pas significativement différentes. Les taux de réponse étaient 71 et 73% (p=NS) respectivement. Le contrôle locorégional était respectivement 87 et 77% (p=0.26), la survie sans maladie était 80 et 60% (p=0.38), la survie sans métastase à distance était 92 et 78% (p=0.08) et la survie globale était 64 et 62% (p=0.99) à 3 ans. Conclusions : L’état de méthylation du MGMT est fortement prévalent (41%) et semble avoir un possible impact bénéfique sur la survie quand la chimioradiothérapie est administrée aux patients avec des stades avancés de cancers tête et cou.

Relation entre la satisfaction et la qualité de vie reliée à la santé bucco-dentaire chez les patients totalement édentés

Problématique : La satisfaction des patients et la qualité de vie reliée à la santé bucco-dentaire (OHRQoL) sont deux mesures de résultats fréquemment utilisées durant les études cliniques. Néanmoins, chez les patients totalement édentés, les évidences scientifiques relatives au niveau de relation entre ces deux mesures sont faibles. De plus, on ignore toujours quels éléments de la satisfaction des patients relativement à leurs prothèses partagent la meilleure relation avec la OHRQoL. Objectifs : Déterminer, chez les patients totalement édentés, s’il existe un lien entre leur satisfaction de leurs prothèses et leur OHRQoL et identifier les déterminants de satisfaction qui démontrent le meilleur niveau de relation avec la OHRQoL. Méthodologie : Les données provenant de 255 patients totalement édentés qui ont participé à une étude randomisée et contrôlée ont été utilisées. La OHRQoL a été évaluée à l’aide du questionnaire Oral Health Impact Profile (OHIP-20). Le McGill Denture Satisfaction Instrument a été utilisé pour estimer la satisfaction des patients. Ces mesures ont été prises au temps initial, à 6 mois et à 12 mois suivants la mise en bouche des prothèses. Des analyses statistiques de régression linéaire simples et multiples ont été utilisées afin d’évaluer la relation entre les deux mesures. Résultats : Une relation positive et considérable existe entre la satisfaction des patients totalement édentés et leur OHRQoL. La difficulté masticatoire (P = .005) et la condition buccale (P = .002) sont les éléments de la satisfaction qui possèdent le meilleur lien avec la OHRQoL. Ces deux facteurs expliquent 46.4% (P = .0001) de la variance dans l’amélioration d’OHIP suivant un traitement prosthodontique. La relation décrite est dépendante du temps, mais pas du type de traitement ni des variables sociodémographiques. Conclusions : Dans les limites de l’étude, il est conclu qu’une relation positive existe entre la satisfaction des patients et leur OHRQoL. La difficulté masticatoire et la condition buccale sont les deux éléments de la satisfaction les plus importants.

Accroissement de la prévalence du TDA/H, de la consommation de psychostimulants et des symptômes dépressifs : l’importance du contexte social évaluée à partir des effets d’âge, de période et de cohorte

La présente thèse de doctorat visait d’abord à valider les résultats des études antérieures démontrant un accroissement de la prévalence des problèmes de santé mentale et ensuite, à évaluer l’importance du contexte social dans l’explication des changements de prévalence, à partir des effets d’âge, de période et de cohorte. L’atteinte de ces objectifs s’est faite à partir de deux études empiriques, chacune ciblant sa propre problématique en santé mentale. La première étude, basée sur les données de l’Enquête longitudinale nationale sur les enfants et les jeunes (ELNEJ) de Statistique Canada, a permis de conclure à un accroissement réel de la prévalence du diagnostic de trouble déficitaire de l’attention/hyperactivité (TDA/H) et de la consommation de psychostimulants chez les enfants canadiens entre 1994 et 2007. Toutefois, cette tendance n’est ni constante, ni universelle, puisque des effets de période et d’âge apparaissent clairement : l’augmentation des prévalences est uniquement remarquée dans les années 2000, et survient seulement chez les enfants d’âge scolaire. L’identification d’inégalités de prévalence dues à la période historique et à l’âge des enfants souligne l’importance du contexte social dans la problématique du diagnostic de TDA/H et de la consommation de psychostimulants. La seconde étude a été réalisée à partir des données du Panel Study of Belgian Households (PSBH) et cherchait à expliquer l’accroissement des symptômes dépressifs observé ces vingt dernières années chez les adultes belges. L’utilisation de l’analyse multiniveaux longitudinale permettant la distinction des effets d’âge et des effets de cohortes a été privilégiée. Bien que l’intensité des symptômes dépressifs ait varié de manière relativement importante chez les individus au cours des années 1990, nos conclusions démontrent que les symptômes auto-rapportés de dépression sont davantage associés aux conditions de vie, qu’à la personnalité. L’augmentation résulte d’un effet de la succession des cohortes, où les individus des cohortes les plus récentes rapportent toujours une plus grande intensité de symptômes dépressifs que les individus des cohortes précédentes. Les membres d’une même cohorte de naissance partagent donc des expériences communes à un âge similaire, ce qui a un impact durable sur leurs comportements et sur leur santé mentale. De manière générale, les résultats des deux articles empiriques ont, chacun à leur manière, confirmé la réalité de l’accroissement des problèmes de santé mentale dans les sociétés occidentales contemporaines, et permis de constater que la prévalence diffère selon l’âge et la cohorte de naissance des individus, ainsi que selon la période historique, renforçant ainsi l’hypothèse de l’importance des facteurs sociaux dans l’étiologie des problèmes de santé mentale. Bien que la nature de ces facteurs n’ait pu être testée de manière directe, de nombreuses explications sociales furent tout de même proposées. À cet égard, des changements dans les normes comportementales associées à l’âge, dans les normes sociales, dans la conceptualisation des troubles mentaux, des modifications dans la sphère éducative, ainsi que des innovations pharmacologiques, médicales et technologiques constituent des explications sociales aux effets d’âge, de période et de cohorte qui ont été observés.

Rapport au travail, mobilité professionnelle et parcours de vie : le cas de jeunes infirmières et infirmières auxiliaires d'un centre de santé et de services sociaux

Cette thèse de doctorat, qui s’inscrit dans un programme de doctorat en sciences humaines appliquées, s’est d’abord construite en réponse à un problème concret, celui du roulement des infirmières et des infirmières auxiliaires dans le réseau de la santé et des services sociaux. En cours de route, il est toutefois apparu nécessaire d’élargir le questionnement à la question du rapport au travail des jeunes infirmières pour être en mesure de saisir les dynamiques sociales plus larges qui conditionnent certains choix professionnels, dont la décision de quitter son emploi. Cette thèse poursuit donc deux grands objectifs. D’une part, elle s’attarde à cerner l’ensemble des processus qui conduisent les jeunes infirmières à faire le choix de quitter leur emploi. D’autre part, elle vise à mieux comprendre comment a évolué leur rapport au travail dans le temps. La perspective théorique retenue s’appuie sur deux approches complémentaires, soit celles de la perspective des parcours de vie et de divers courants en sociologie de l’individu qui ont comme point commun d’accorder une place importante au contexte social, aux contraintes structurelles, de même qu’à l’autonomie des acteurs et à leur capacité d’agir sur leur parcours de vie. Ces approches s’avèrent particulièrement pertinentes dans le cadre de notre étude puisqu’elles permettent de rendre compte des liens complexes entre le contexte social plus global, les différents contextes de vie d’un individu et ses comportements en emploi. Elles invitent à conceptualiser le rapport au travail comme un processus qui évolue dans le temps à travers lequel plusieurs éléments de la vie d’un individu et de ses proches se combinent pour donner une orientation particulière aux trajectoires professionnelles. Vu sous cet angle, la décision de quitter se présente également comme un processus qui se construit dans un laps de temps plus ou moins long où entrent en jeu plusieurs dimensions de la vie d’un individu. La perspective adoptée dans le cadre de cette thèse permet de combler des lacunes dans ce champ de recherche où peu d’études se sont attardées à comprendre les différents processus qui façonnent le rapport au travail dans le temps et qui conduisent les infirmières à la décision de quitter leur emploi. Pour répondre aux objectifs de recherche, une étude qualitative a été menée. Des entrevues individuelles de type récit de vie ont été effectuées pour comprendre, du point de vue des participantes, comment a évolué leur rapport au travail et les processus qui les ont amenées à quitter leur emploi. Une étude de cas a été effectuée dans un centre de santé et de services sociaux de la province de Québec qui affichait un taux de roulement particulièrement élevé. L’étude visait les infirmières et les infirmières auxiliaires, groupe professionnel fortement touché par le roulement de la main-d’œuvre. Des entretiens en profondeur, d’une durée de 2h30 à 3 heures, ont été réalisées auprès de 42 infirmières et infirmières auxiliaires. Les résultats de la recherche sont présentés à travers la production de trois articles scientifiques. Le premier article, Pour une compréhension dynamique du rapport au travail: la valeur heuristique de la perspective des parcours de vie, a pour objectif de faire ressortir l’intérêt que présentent les principes analytiques associés à cette perspective dans l’étude du rapport au travail. Dans cet article, nous démontrons que le rapport au travail est le résultat d’un processus complexe où les aspirations des individus, leurs conditions concrètes d’emploi et les événements qui surviennent dans leur vie personnelle et familiale entretiennent des liens dynamiques et interdépendants qui façonnent le rapport au travail tout au long de la vie. Cet article apporte des éléments de réflexion à la question posée par plusieurs chercheurs : par quel moyen saisir ce qu’il en est du rapport au travail des jeunes? Le deuxième article, Rencontre entre l’idéaltype de travailleur et l’idéal de travail : le cas de jeunes infirmières en début de vie professionnelle, vise à rendre compte de la manière dont s’est faite la rencontre entre les attentes que les infirmières nourrissent à l’égard du travail et leur réalité concrète de travail à une période précise de leur trajectoire professionnelle, soit celle de leur insertion en emploi et des premières années de pratique. L’article démontre que trois dimensions du rapport au travail sont affectées par les nouvelles normes managériales qui prévalent dans le réseau de la santé et des services sociaux : 1) la place souhaitée du travail dans la vie, 2) la réalisation de soi par le travail et 3) le sens au travail. Cet article apporte une contribution dans la compréhension du rapport au travail de jeunes professionnelles qui exercent un métier de relation d’aide dans le contexte spécifique du réseau québécois de la santé et des services sociaux. Le troisième article, Comprendre le roulement comme un processus lié au cycle de la vie : le cas des infirmières, traite plus spécifiquement de la question du roulement de la main d’œuvre infirmière. Quatre parcours de départs sont présentés qui possèdent des caractéristiques distinctes relatives à la rencontre entre les attentes et la réalité concrète de travail, l’interaction entre le travail et la vie hors travail et la manière dont s’est construite dans le temps la décision de quitter son emploi. Les résultats démontrent que la décision de quitter se présente comme un processus qui se construit dans un laps de temps plus ou moins long, qui implique différentes dimensions de la vie d’un individu et qui est intimement lié à la quête de réalisation de soi au travail et dans les autres domaines de la vie. Cet article propose une façon d’appréhender le phénomène du roulement qui se distingue des modèles dominants qui abordent cette question à partir d’une lecture essentiellement individualisante et psychologisante des départs. La contribution de cette thèse à l’avancement des connaissances réside principalement dans le fait qu’elle appréhende autrement la question du rapport au travail et celle du roulement de la main-d’œuvre en recourant à la perspective des parcours de vie et à la sociologie de l’individu. L’approche que nous avons préconisée permet de saisir les processus sociaux et la multiplicité des éléments à prendre en considération dans l’étude du rapport au travail des jeunes infirmières et de la décision de quitter son emploi. Elle met en exergue l’importance de considérer le contexte social plus global dans lequel s’inscrit tout individu qui, dans les sociétés contemporaines, doit s’engager dans un travail de construction identitaire tout au long de la vie.

Lagrangian-informed mixed integer programming reformulations

La programmation linéaire en nombres entiers est une approche robuste qui permet de résoudre rapidement de grandes instances de problèmes d'optimisation discrète. Toutefois, les problèmes gagnent constamment en complexité et imposent parfois de fortes limites sur le temps de calcul. Il devient alors nécessaire de développer des méthodes spécialisées afin de résoudre approximativement ces problèmes, tout en calculant des bornes sur leurs valeurs optimales afin de prouver la qualité des solutions obtenues. Nous proposons d'explorer une approche de reformulation en nombres entiers guidée par la relaxation lagrangienne. Après l'identification d'une forte relaxation lagrangienne, un processus systématique permet d'obtenir une seconde formulation en nombres entiers. Cette reformulation, plus compacte que celle de Dantzig et Wolfe, comporte exactement les mêmes solutions entières que la formulation initiale, mais en améliore la borne linéaire: elle devient égale à la borne lagrangienne. L'approche de reformulation permet d'unifier et de généraliser des formulations et des méthodes de borne connues. De plus, elle offre une manière simple d'obtenir des reformulations de moins grandes tailles en contrepartie de bornes plus faibles. Ces reformulations demeurent de grandes tailles. C'est pourquoi nous décrivons aussi des méthodes spécialisées pour en résoudre les relaxations linéaires. Finalement, nous appliquons l'approche de reformulation à deux problèmes de localisation. Cela nous mène à de nouvelles formulations pour ces problèmes; certaines sont de très grandes tailles, mais nos méthodes de résolution spécialisées les rendent pratiques.

Exploration des effets d’un programme de réadaptation visant l’amélioration des activités et la participation des personnes cérébrolésées. Application à l’activité cuisine

Thèse réalisée en cotutelle France- Québec

On the design of customized risk measures in insurance, the problem of capital allocation and the theory of fluctuations for Lévy processes

Dans cette thèse, nous étudions quelques problèmes fondamentaux en mathématiques financières et actuarielles, ainsi que leurs applications. Cette thèse est constituée de trois contributions portant principalement sur la théorie de la mesure de risques, le problème de l’allocation du capital et la théorie des fluctuations. Dans le chapitre 2, nous construisons de nouvelles mesures de risque cohérentes et étudions l’allocation de capital dans le cadre de la théorie des risques collectifs. Pour ce faire, nous introduisons la famille des "mesures de risque entropique cumulatifs" (Cumulative Entropic Risk Measures). Le chapitre 3 étudie le problème du portefeuille optimal pour le Entropic Value at Risk dans le cas où les rendements sont modélisés par un processus de diffusion à sauts (Jump-Diffusion). Dans le chapitre 4, nous généralisons la notion de "statistiques naturelles de risque" (natural risk statistics) au cadre multivarié. Cette extension non-triviale produit des mesures de risque multivariées construites à partir des données financiéres et de données d’assurance. Le chapitre 5 introduit les concepts de "drawdown" et de la "vitesse d’épuisement" (speed of depletion) dans la théorie de la ruine. Nous étudions ces concepts pour des modeles de risque décrits par une famille de processus de Lévy spectrallement négatifs.

Problèmes de commande optimale stochastique généralisés

Cette thèse est divisée en deux grands chapitres, dont le premier porte sur des problèmes de commande optimale en dimension un et le deuxième sur des problèmes en dimension deux ou plus. Notons bien que, dans cette thèse, nous avons supposé que le facteur temps n'intervient pas. Dans le premier chapitre, nous calculons, au début, l'équation de programmation dynamique pour la valeur minimale F de l'espérance mathématique de la fonction de coût considérée. Ensuite, nous utilisons le théorème de Whittle qui est applicable seulement si une condition entre le bruit blanc v et les termes b et q associés à la commande est satisfaite. Sinon, nous procédons autrement. En effet, un changement de variable transforme notre équation en une équation de Riccati en G= F', mais sans conditions initiales. Dans certains cas, à partir de la symétrie des paramètres infinitésimaux et de q, nous pouvons en déduire le point x' où G(x')=0. Si ce n'est pas le cas, nous nous limitons à des bonnes approximations. Cette même démarche est toujours possible si nous sommes dans des situations particulières, par exemple, lorsque nous avons une seule barrière. Dans le deuxième chapitre, nous traitons les problèmes en dimension deux ou plus. Puisque la condition de Whittle est difficile à satisfaire dans ce cas, nous essayons de généraliser les résultats du premier chapitre. Nous utilisons alors dans quelques exemples la méthode des similitudes, qui permet de transformer le problème en dimension un. Ensuite, nous proposons une nouvelle méthode de résolution. Cette dernière linéarise l'équation de programmation dynamique qui est une équation aux dérivées partielles non linéaire. Il reste à la fin à trouver les conditions initiales pour la nouvelle fonction et aussi à vérifier que les n expressions obtenues pour F sont équivalentes.

Characteristic Study of the Boundary Layer Parameters over the Arabian Sea and the Bay of Bengal Using the QuikSCAT Dataset

The marine atmospheric boundary layer (MABL) plays a vital role in the transport of momentum and heat from the surface of the ocean into the atmosphere. A detailed study on the MABL characteristics was carried out using high-resolution surface-wind data as measured by the QuikSCAT (Quick scatterometer) satellite. Spatial variations in the surface wind, frictional velocity, roughness parameter and drag coe±cient for the di®erent seasons were studied. The surface wind was strong during the southwest monsoon season due to the modulation induced by the Low Level Jetstream. The drag coe±cient was larger during this season, due to the strong winds and was lower during the winter months. The spatial variations in the frictional velocity over the seas was small during the post-monsoon season (»0.2 m s¡1). The maximum spatial variation in the frictional velocity was found over the south Arabian Sea (0.3 to 0.5 m s¡1) during the southwest monsoon period, followed by the pre-monsoon over the Bay of Bengal (0.1 to 0.25 m s¡1). The mean wind-stress curl during the winter was positive over the equatorial region, with a maximum value of 1.5£10¡7 N m¡3, but on either side of the equatorial belt, a negative wind-stress curl dominated. The area average of the frictional velocity and drag coe±cient over the Arabian Sea and Bay of Bengal were also studied. The values of frictional velocity shows a variability that is similar to the intraseasonal oscillation (ISO) and this was con¯rmed via wavelet analysis. In the case of the drag coe±cient, the prominent oscillations were ISO and quasi-biweekly mode (QBM). The interrelationship between the drag coe±cient and the frictional velocity with wind speed in both the Arabian Sea and the Bay of Bengal was also studied.

Attribute reduction and missing value imputing with ANN: prediction of learning disabilities

Learning disability (LD) is a neurological condition that affects a child’s brain and impairs his ability to carry out one or many specific tasks. LD affects about 10% of children enrolled in schools. There is no cure for learning disabilities and they are lifelong. The problems of children with specific learning disabilities have been a cause of concern to parents and teachers for some time. Just as there are many different types of LDs, there are a variety of tests that may be done to pinpoint the problem The information gained from an evaluation is crucial for finding out how the parents and the school authorities can provide the best possible learning environment for child. This paper proposes a new approach in artificial neural network (ANN) for identifying LD in children at early stages so as to solve the problems faced by them and to get the benefits to the students, their parents and school authorities. In this study, we propose a closest fit algorithm data preprocessing with ANN classification to handle missing attribute values. This algorithm imputes the missing values in the preprocessing stage. Ignoring of missing attribute values is a common trend in all classifying algorithms. But, in this paper, we use an algorithm in a systematic approach for classification, which gives a satisfactory result in the prediction of LD. It acts as a tool for predicting the LD accurately, and good information of the child is made available to the concerned

Hyperspectral field measurements to determine dry matter yield and nutritive value of legume-grass swards

Summary: Productivity, botanical composition and forage quality of legume-grass swards are important factors for successful arable farming in both organic and conventional farming systems. As these attributes can vary considerably within a field, a non-destructive method of detection while doing other tasks would facilitate a more targeted management of crops, forage and nutrients in the soil-plant-animal system. This study was undertaken to explore the potential of field spectral measurements for a non destructive prediction of dry matter (DM) yield, legume proportion in the sward, metabolizable energy (ME), ash content, crude protein (CP) and acid detergent fiber (ADF) of legume-grass mixtures. Two experiments were conducted in a greenhouse under controlled conditions which allowed collecting spectral measurements which were free from interferences such as wind, passing clouds and changing angles of solar irradiation. In a second step this initial investigation was evaluated in the field by a two year experiment with the same legume-grass swards. Several techniques for analysis of the hyperspectral data set were examined in this study: four vegetation indices (VIs): simple ratio (SR), normalized difference vegetation index (NDVI), enhanced vegetation index (EVI) and red edge position (REP), two-waveband reflectance ratios, modified partial least squares (MPLS) regression and stepwise multiple linear regression (SMLR). The results showed the potential of field spectroscopy and proved its usefulness for the prediction of DM yield, ash content and CP across a wide range of legume proportion and growth stage. In all investigations prediction accuracy of DM yield, ash content and CP could be improved by legume-specific calibrations which included mixtures and pure swards of perennial ryegrass and of the respective legume species. The comparison between the greenhouse and the field experiments showed that the interaction between spectral reflectance and weather conditions as well as incidence angle of light interfered with an accurate determination of DM yield. Further research is hence needed to improve the validity of spectral measurements in the field. Furthermore, the developed models should be tested on varying sites and vegetation periods to enhance the robustness and portability of the models to other environmental conditions.

Nichtüberlappende Gebietszerlegungsmethoden für lineare und quasilineare (monotone und nichtmonotone) Probleme

In dieser Arbeit werden nichtüberlappende Gebietszerlegungsmethoden einerseits hinsichtlich der zu lösenden Problemklassen verallgemeinert und andererseits in bisher nicht untersuchten Kontexten betrachtet. Dabei stehen funktionalanalytische Untersuchungen zur Wohldefiniertheit, eindeutigen Lösbarkeit und Konvergenz im Vordergrund. Im ersten Teil werden lineare elliptische Dirichlet-Randwertprobleme behandelt, wobei neben Problemen mit dominantem Hauptteil auch solche mit singulärer Störung desselben, wie konvektions- oder reaktionsdominante Probleme zugelassen sind. Der zweite Teil befasst sich mit (gleichmäßig) monotonen koerziven quasilinearen elliptischen Dirichlet-Randwertproblemen. In beiden Fällen wird das Lipschitz-Gebiet in endlich viele Lipschitz-Teilgebiete zerlegt, wobei insbesondere Kreuzungspunkte und Teilgebiete ohne Außenrand zugelassen sind. Anschließend werden Transmissionsprobleme mit frei wählbaren $L^{\infty}$-Parameterfunktionen hergeleitet, wobei die Konormalenableitungen als Funktionale auf geeigneten Funktionenräumen über den Teilrändern ($H_{00}^{1/2}(\Gamma)$) interpretiert werden. Die iterative Lösung dieser Transmissionsprobleme mit einem Ansatz von Deng führt auf eine Substrukturierungsmethode mit Robin-artigen Transmissionsbedingungen, bei der eine Auswertung der Konormalenableitungen aufgrund einer geschickten Aufdatierung der Robin-Daten nicht notwendig ist (insbesondere ist die bekannte Robin-Robin-Methode von Lions als Spezialfall enthalten). Die Konvergenz bezüglich einer partitionierten $H^1$-Norm wird für beide Problemklassen gezeigt. Dabei werden keine über $H^1$ hinausgehende Regularitätsforderungen an die Lösungen gestellt und die Gebiete müssen keine zusätzlichen Glattheitsvoraussetzungen erfüllen. Im letzten Kapitel werden nichtmonotone koerzive quasilineare Probleme untersucht, wobei das Zugrunde liegende Gebiet nur in zwei Lipschitz-Teilgebiete zerlegt sein soll. Das zugehörige nichtlineare Transmissionsproblem wird durch Kirchhoff-Transformation in lineare Teilprobleme mit nichtlinearen Kopplungsbedingungen überführt. Ein optimierungsbasierter Lösungsansatz, welcher einen geeigneten Abstand der rücktransformierten Dirichlet-Daten der linearen Teilprobleme auf den Teilrändern minimiert, führt auf ein optimales Kontrollproblem. Die dabei entstehenden regularisierten freien Minimierungsprobleme werden mit Hilfe eines Gradientenverfahrens unter minimalen Glattheitsforderungen an die Nichtlinearitäten gelöst. Unter zusätzlichen Glattheitsvoraussetzungen an die Nichtlinearitäten und weiteren technischen Voraussetzungen an die Lösung des quasilinearen Ausgangsproblems, kann zudem die quadratische Konvergenz des Newton-Verfahrens gesichert werden.

Cleanliness versus cow comfort – an insolvable problem?

Cubicle should provide good resting comfort as well as clean udders. Dairy cows in cubicle houses often face a restrictive environment with regard to resting behaviour, whereas cleanliness may still be impaired. This study aimed to determine reliable behavioural measures regarding resting comfort applicable in on-farm welfare assessments. Furthermore, relationships between cubicle design, cow sizes, management factors and udder cleanliness (namely teats and teat tips) were investigated. Altogether 15 resting measures were examined in terms of feasibility, inter-observer reliability (IOR) and consistency of results per farm over time. They were recorded during three farm visits on farms in Germany and Austria with cubicle, deep litter and tie stall systems. Seven measures occurred to infrequently to allow reliable recording within a limited observation time. IOR was generally acceptable to excellent except for 'collisions during lying down', which only showed good IOR after improvement of the definition. Only three measures were acceptably repeatable over time: 'duration of lying down', 'percentage of collisions during lying down' and 'percentage of cows lying partly or completely outside lying area'. These measures were evaluated as suitable animal based welfare measures regarding resting behaviour in the framework of an on-farm welfare assessment protocol. The second part of the thesis comprises a cross-sectional study on resting comfort and cow cleanliness including 23 Holstein Friesian dairy herds with very low within-farm variation in cubicle measures. Height at withers, shoulder width and diagonal body length were measured in 79-100 % of the cows (herd size 30 to115 cows). Based on the 25 % largest animals, compliance with recommendations for cubicle measures was calculated. Cleanliness of different body parts, the udder, teats and teat tips was assessed for each cow in the herd prior to morning milking. No significant correlation was found between udder soiling and teat or teat tip soiling on herd level. The final model of a stepwise regression regarding the percentage of dirty teats per farm explained 58.5 % the variance and contained four factors. Teat dipping after milking which might be associated with an overall clean and accurate management style, deep bedded cubicles, increasing cubicle maintenance times and decreasing compliance concerning total cubicle length predicted lower teat soiling. The final model concerning teat tip soiling explained 46.0 % of the variance and contained three factors. Increasing litter height in the rear part of the cubicle and increased alley soiling which is difficult to explain, predicted for less soiled teat tips, whereas increasing compliance concerning resting length was associated with higher percentages of dirty teat tips. The dependent variable ‘duration of lying down’ was analysed using again stepwise regression. The final model explained 54.8 % of the total variance. Lying down duration was significantly shorter in deep bedded cubicles. Further explanatory though not significant factors in the model were neck-rail height, deep bedding or comfort mattresses versus concrete floor or rubber mats and clearance height of side partitions. In the attempt to create a more comprehensive lying down measure, another analysis was carried out with percentage of ‘impaired lying down’ (i.e. events exceeding 6.3 seconds, with collisions or being interrupted) as dependent variable. The explanatory value of this final model was 41.3 %. An increase in partition length, in compliance concerning cubicle width and the presence of straw within bedding predicted a lower proportion of impaired lying down. The effect of partition length is difficult to interpret, but partition length and height were positively correlated on the study farms, possibly leading to a bigger zone of clear space for pelvis freedom. No associations could be found between impaired lying down and teat or teat tip soiling. Altogether, in agreement with earlier studies it was found that cubicle dimensions in practice are often inadequate with regard to the body dimensions of the cows, leading to high proportions of impaired lying down behaviour, whereas teat cleanliness is still unsatisfactory. Connections between cleanliness and cow comfort are far from simplistic. Especially the relationship between cubicle characteristics and lying down behaviour apparently is very complex, so that it is difficult to identify single influential factors that are valid for all farm situations. However, based on the results of the present study the use of deep bedded cubicles can be recommended as well as improved management with special regard to cubicle and litter maintenance in order to achieve both better resting comfort and teat cleanliness.

Optimization of Processing Technology for Commercial Drying of Bananas (Matooke)

Summary - Cooking banana is one of the most important crops in Uganda; it is a staple food and source of household income in rural areas. The most common cooking banana is locally called matooke, a Musa sp triploid acuminate genome group (AAA-EAHB). It is perishable and traded in fresh form leading to very high postharvest losses (22-45%). This is attributed to: non-uniform level of harvest maturity, poor handling, bulk transportation and lack of value addition/processing technologies, which are currently the main challenges for trade and export, and diversified utilization of matooke. Drying is one of the oldest technologies employed in processing of agricultural produce. A lot of research has been carried out on drying of fruits and vegetables, but little information is available on matooke. Drying of matooke and milling it to flour extends its shelf-life is an important means to overcome the above challenges. Raw matooke flour is a generic flour developed to improve shelf stability of the fruit and to find alternative uses. It is rich in starch (80 - 85%db) and subsequently has a high potential as a calorie resource base. It possesses good properties for both food and non-food industrial use. Some effort has been done to commercialize the processing of matooke but there is still limited information on its processing into flour. It was imperative to carry out an in-depth study to bridge the following gaps: lack of accurate information on the maturity window within which matooke for processing into flour can be harvested leading to non-uniform quality of matooke flour; there is no information on moisture sorption isotherm for matooke from which the minimum equilibrium moisture content in relation to temperature and relative humidity is obtainable, below which the dry matooke would be microbiologically shelf-stable; and lack of information on drying behavior of matooke and standardized processing parameters for matooke in relation to physicochemical properties of the flour. The main objective of the study was to establish the optimum harvest maturity window and optimize the processing parameters for obtaining standardized microbiologically shelf-stable matooke flour with good starch quality attributes. This research was designed to: i) establish the optimum maturity harvest window within which matooke can be harvested to produce a consistent quality of matooke flour, ii) establish the sorption isotherms for matooke, iii) establish the effect of process parameters on drying characteristics of matooke, iv) optimize the drying process parameters for matooke, v) validate the models of maturity and optimum process parameters and vi) standardize process parameters for commercial processing of matooke. Samples were obtained from a banana plantation at Presidential Initiative on Banana Industrial Development (PIBID), Technology Business Incubation Center (TBI) at Nyaruzunga – Bushenyi in Western Uganda. A completely randomized design (CRD) was employed in selecting the banana stools from which samples for the experiments were picked. The cultivar Mbwazirume which is soft cooking and commonly grown in Bushenyi was selected for the study. The static gravitation method recommended by COST 90 Project (Wolf et al., 1985), was used for determination of moisture sorption isotherms. A research dryer developed for this research. All experiments were carried out in laboratories at TBI. The physiological maturity of matooke cv. mbwazirume at Bushenyi is 21 weeks. The optimum harvest maturity window for commercial processing of matooke flour (Raw Tooke Flour - RTF) at Bushenyi is between 15-21 weeks. The finger weight model is recommended for farmers to estimate harvest maturity for matooke and the combined model of finger weight and pulp peel ratio is recommended for commercial processors. Matooke isotherms exhibited type II curve behavior which is characteristic of foodstuffs. The GAB model best described all the adsorption and desorption moisture isotherms. For commercial processing of matooke, in order to obtain a microbiologically shelf-stable dry product. It is recommended to dry it to moisture content below or equal to 10% (wb). The hysteresis phenomenon was exhibited by the moisture sorption isotherms for matooke. The isoteric heat of sorption for both adsorptions and desorption isotherms increased with decreased moisture content. The total isosteric heat of sorption for matooke: adsorption isotherm ranged from 4,586 – 2,386 kJ/kg and desorption isotherm from 18,194– 2,391 kJ/kg for equilibrium moisture content from 0.3 – 0.01 (db) respectively. The minimum energy required for drying matooke from 80 – 10% (wb) is 8,124 kJ/kg of water removed. Implying that the minimum energy required for drying of 1 kg of fresh matooke from 80 - 10% (wb) is 5,793 kJ. The drying of matooke takes place in three steps: the warm-up and the two falling rate periods. The drying rate constant for all processing parameters ranged from 5,793 kJ and effective diffusivity ranged from 1.5E-10 - 8.27E-10 m2/s. The activation energy (Ea) for matooke was 16.3kJ/mol (1,605 kJ/kg). Comparing the activation energy (Ea) with the net isosteric heat of sorption for desorption isotherm (qst) (1,297.62) at 0.1 (kg water/kg dry matter), indicated that Ea was higher than qst suggesting that moisture molecules travel in liquid form in matooke slices. The total color difference (ΔE*) between the fresh and dry samples, was lowest for effect of thickness of 7 mm, followed by air velocity of 6 m/s, and then drying air temperature at 70˚C. The drying system controlled by set surface product temperature, reduced the drying time by 50% compared to that of a drying system controlled by set air drying temperature. The processing parameters did not have a significant effect on physicochemical and quality attributes, suggesting that any drying air temperature can be used in the initial stages of drying as long as the product temperature does not exceed gelatinization temperature of matooke (72˚C). The optimum processing parameters for single-layer drying of matooke are: thickness = 3 mm, air temperatures 70˚C, dew point temperature 18˚C and air velocity 6 m/s overflow mode. From practical point of view it is recommended that for commercial processing of matooke, to employ multi-layer drying of loading capacity equal or less than 7 kg/m², thickness 3 mm, air temperatures 70˚C, dew point temperature 18˚C and air velocity 6 m/s overflow mode.